1. 痛点问题 高分子材料在国民经济和社会发展的各个领域都得到了广泛的应用。随着越来越多的高性能、高功能性高分子新材料不断涌现，以及在双碳背景下高分子材料的降解回收受到越来越多的关注，都使得寿命可控的高性能材料成为重大需求，同时对材料的老化评价和准确的寿命预测手段有强烈需求。 目前的老化评价方法主要有两种：室外自然老化和实验室加速老化，定期取样测试材料的性能变化。室外自然老化评价结果反映实际使用情况，但周期长达几个月到几年，且受气候条件的影响不可重复。实验室加速老化的周期有所缩短，但通常也需几千小时以上，且由于加速老化设备不能完全模拟实际使用条件，导致评价结果常常与实际使用情况不符。 综上，自然老化的评价周期过长，而加速老化评价不仅评价周期仍然较长，而且结果又常常存疑，严重阻碍了新材料投入应用的进程。 2. 解决方案 针对以上痛点问题，本项成果提出了全新思路，即通过对高分子材料老化早期产生的痕量气相降解产物的高灵敏度检测，来实现对老化的快速评价。并基于此开发了高分子材料老化快速评价系统，可以实现在光照、温度、湿度、氧气等模拟气候条件下老化的快速评价。该系统具有如下特点： 将评价周期从几个月~几年缩短为几个小时，极大地提高了材料评价的效率，对新材料的研发和应用将起到极大的促进作用。 可以实现多种老化环境因素（光/热/氧/湿）的单独应用或耦合应用，可以适应不同老化条件的评价需求。 样品用量少，mg~g级，对用量极小的功能性新材料（如电子器件中的功能膜等）的稳定性评价具有突出的优点。 合作需求 目前本项目的技术成熟，希望与企业合作，开展如下工作： 1）进行产品的集成和外观设计、针对不同细分应用领域进行系列产品开发，不断开拓市场。 2）承接实验室后续的开发成果，进行产品的升级开发。 3）第三方检测：建立第三方检测平台，对全社会提供老化评价服务。 希望合作企业具有仪器设备的研发和生产能力。所需资金约800-1000万元，产品开发实验室约150-200m2。

成果创新点 团队以加工路线图为指导，研发能源环境为应用导向 的微孔功能膜、信息显示为应用导向的光学膜和可持续农 业发展的功能农膜，力争建成具有国际影响力、服务我国 高性能薄膜产品研发的基地。成果基于薄膜加工参数空间 材料基因图谱可实现多重尺度结构精确调控，解决了行业 薄膜结构、形貌稳定性差，力学性能低，厚度波动大、产 品一致性差，成品率低，生产效率低下等关键技术挑战。 技术成熟度

团队以加工路线图为指导，研发能源环境为应用导向的微孔功能膜、信息显示为应用导向的光学膜和可持续农业发展的功能农膜，力争建成具有国际影响力、服务我国高性能薄膜产品研发的基地。成果基于薄膜加工参数空间材料基因图谱可实现多重尺度结构精确调控，解决了行业薄膜结构、形貌稳定性差，力学性能低，厚度波动大、产品一致性差，成品率低，生产效率低下等关键技术挑战。 

面向大尺寸高精度陶瓷及其复合材料复杂形状结构的成形，基于面曝光技术，开发了专用大尺寸陶瓷增材制造成形装备及相关工艺。 技术特征 基于面曝光技术的陶瓷预制体成形设备可成形ZrO2、Al2O3陶瓷预制体，利用微透镜阵列聚焦及光斑微偏移技术，分辨率可提升到37.5μm，结合收缩预测技术，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸达270mm×300mm×450mm，成形相对精度达到±1%，同时配套研发了无缺陷脱脂与烧结工艺，烧结样件致密度可达97%。

面向大尺寸高精度陶瓷及其复合材料复杂形状结构的成形，基于面曝光技术，开发了专用大尺寸陶瓷增材制造成形装备及相关工艺。技术特征基于面曝光技术的陶瓷预制体成形设备可成形ZrO2、Al2O3陶瓷预制体，利用微透镜阵列聚焦及光斑微偏移技术，分辨率可提升到37.5μm，结合收缩预测技术，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸达270mm×300mm×450mm，成形相对精度达到±1%，同时配套研发了无缺陷脱脂与烧结工艺，烧结样件致密度可达97%。应用范围:该项目研发了高精度结构陶瓷复杂结构成形的增材制造装备，并开展了相关工艺的研究，解决了工程陶瓷材料难以成形复杂结构的难题。项目所涉及技术可成功制备低介陶瓷无源器件、仿生多孔结构与吸波超结构等，可在航空航天、卫星、雷达等领域得到广泛的应用。

铝及其合金是工程应用最广泛的结构材料之一。传统的铝合金零件通过铸造、锻造和粉末冶金等方法制造，与这些传统制造过程相关的工具设备增加了制造成本和交付周期。3D打印技术由于为制造设计提供了丰富的自由度而广泛应用于工程零件的制造。现有3D打印技术中，选择性激光熔化（SLM）是发展最为广泛的方法之一。但是SLM工艺中的冶金缺陷如许多裂纹、球化和气孔导致只有有限数量的金属适合该种工艺，且具备满足要求的密度、微观结构和强度。中南大学粉末冶金研究院李瑞迪研究员和新西兰奥克兰大学、中车工业研究院有限公司等单位合作通过对合金元素进行调控和热处理工艺的探索，发展了一种适用于SLM制备工艺，具有良好抗裂性和高强度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相关论文以题为“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金属材料顶级期刊《Acta Materialia》在线发表。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在该项工作中，研究人员设计了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用雾化合金粉末进行3D打印制备。在没有Si元素的情况下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制备过程中均易发生热裂纹，平均裂纹密度随Mg含量的增加而增大。发现在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能够有效地抑制SLM过程中的热裂纹，同时细化制备合金的微结构，从而提高打印试样的力学性能。图1：不同成分的打印样品晶粒尺寸和形貌EBSD分析结果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶体学取向用倒极图（IPF）表示。图2：Mg和Si元素对试样断裂行为的影响。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉应力应变曲线。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的断口SEM图像。通过对合金成分的进一步微调，研究人员设计了一种新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。这种新合金具有明显的细化微观组织，由亚微米胞体和胞体中存在的共晶Al3（Sc，Zr）纳米粒子（2-15nm）和粒间Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直径10-100nm）组成。打印试样中形成了高密度的层错和独特的9R相。试样的拉伸强度和延伸率分别达到497MPa和11%。经过时效处理后，试样的拉伸强度达到550MPa，塑性在8%～17%之间。除了固溶强化、晶界强化和纳米颗粒强化外，高密度层错也有助于强化。图3：不同组分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印样品的细晶区TEM图像：（a1-2）合金4的胞状结构；（a3-4）合金的柱状结构；（b1-5）合金（b2）的胞状结构是（b1）的暗场图像；（b3-4）合金的柱状组织#5；图（a2），（a4），（b2）和（b4）显示了晶间共晶组织；（b5）是SLM-printed Alloy#5细胞的干HAADF图像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相应EDX图谱。图4：（a）SLM打印合金#5时效前后的拉伸应力应变曲线。曲线“#5”表示打印合金#5；曲线“#5-HT1”表示360℃时效8h的合金#5；曲线“#5-HT2”表示300℃时效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2断裂处拉伸试样的透射电镜显示具有高密度位错和SFs的变形组织。（c）沿[001]方向的变形亚晶中滑移带和滑移方向的HRTEM图像。（d）在（-100）面上用（c）图中标记区域的傅里叶逆变换图像显示出高密度位错。这项研究成果通过在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精细打印微观组织，获得了无裂纹的打印合金成分。随后通过热处理时效工艺引入高密度层错并细化晶粒，开发出了一种具有低热裂敏感性和高强度的新型铝镁合金。这项工作提供了一种解决和消除SLM工艺中的冶金缺陷的铝镁合金成分设计方法和热处理工艺，推动了SLM制造技术的工程应用。

本发明属于增材制造领域，并公开了一种异质多材料增材制造 系统。该系统包括关节臂机器人、打印装置、减材装置和监测反馈装 置，通过采用旋转式多喷头切换打印装置，以多个送丝打印机构旋转 切换的方式进行多材料多工艺实时切换打印，实现了多材料多工艺的 高效 3D 打印成形；双目立体视觉在线实时监测反馈装置及时反馈加工 零部件的层层温度信息及三维轮廓信息并与原始模型对比标定，确定 减材加工时机及相应减材加工参数。通过本发明，高精

从底层材料设计出发制备性能优异的可打印氧化锆浆料，研制快速高质量立体光固化打印系统，优化脱脂烧结工艺流程，实现机械性能优异、生物相容性极佳、美观性良好的氧化锆陶瓷快速、低成本打印制造。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 制备较低粘度、高固含量的氧化锆浆料和优化的脱脂、烧结过程成为光固化成型技术的关键步骤。为解决以上问题，推动增材制造氧化锆在口腔临床中的应用，申报人团队从底层材料设计出发制备性能优异的可打印氧化锆浆料，研制快速高质量立体光固化打印系统，优化脱脂烧结工艺流程，实现机械性能优异、生物相容性极佳、美观性良好的氧化锆陶瓷快速、低成本打印制造。